京津冀大運河水土元素含量測定及相關性分析研究

凡皓

摘 要：利用電感耦合等離子體原子發射光譜（ICP-AES）法測定大運河京津冀地區水土中多項基本元素及一些重金屬元素的含量，通過對水樣與土樣的相關性分析結果表明：所對比元素中大部分具有相關性，且呈現顯著相關（相關系數：0.828），僅有個別元素相關性較低。以此結合對元素的單一性分析，并根據“一河兩岸三地”水土元素的分布對比情況，提出“一河兩岸”自身及周邊環境的改進方向，以達到運河生態文化的發展與京津冀一體化建設的協同進步。

關鍵詞：ICP-AES;大運河水土元素;相關性分析

人們物質生活水平逐漸提高，所帶來的人們對生活水平質量的追求也日益提升，而環境問題正是人們越來越關注的一大重點。隨著通州城市副中心的建設，運河文化建設和京津冀一體化對城市副中心的建設有很大的影響。在運河文化中，運河遺產文化層面的保護、運河生態環境的建設，與經濟層面的開發利用是相互促進的。這其中，運河生態環境的建設在南水北調工程之中是重中之重。因此，本文欲研究大運河京津冀地區的水土生態環境，分析其元素含量與周圍生態環境之間的關系。本文在大運河京津冀地區的“滄州段”（滄州南湖-人民公園段）、“天津段”（三岔河口）和“通州段”（大運河森林公園）三地每隔一千米進行取樣一次，總長13千米，共取樣15點，水土的取樣與貯藏按照NY/T 1121.1-2006《土壤檢測 第1部分：土壤樣品的采集、處理和貯存》和GB/T 5750.2-2006《生活飲用水標準檢驗方法 水樣的采集與保存》進行。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

未研磨土壤樣品;水樣;HNO3溶液（優級純）;新制HClO4溶液;聚四氟乙烯管（配兩種管蓋）;分析天平;ST-60型自動消解儀;SPECTRO ARCOS EOP 型電感耦合等離子體原子發射光譜儀（ICP-AES）等。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品前處理

將土樣研磨過篩后稱取0.1000g于聚四氟乙烯管中，加入5mL HNO3優級純溶液、1mL新制 HClO4溶液、2mL HF優級純溶液酸化，后放于ST-60型自動消解儀中進行消解。在電子天平上向聚四氟乙烯管中加高純水至使原管重增加25g。將聚四氟乙烯管蓋蓋后用力搖勻，倒入離心管中。移取1mL離心管中液體到比色管中，并向比色管中加入高純水至刻度線處定容。

1.2.2 數據處理

使用電感耦合等離子體原子發射光譜儀（ICP-AES）對已處理的土壤樣品和原始水樣進行原子發射光譜檢驗;采用Microsoft Excel 2010軟件對數據進行整理及分析;使用SPSS 20.0對水土元素含量之間的相關性進行分析。

2 結果分析

2.1 水土元素含量檢測結果

本文針對所取樣品進行了原子發射光譜分析，共測定了包括人體必需重金屬元素、非必須重金屬元素等在內的19種元素，并依據GB 3838-2002《地表水環境質量標準》的內容，檢測到運河水中所有元素含量均未超出最高標準限值。

2.2 水樣實驗結果分析

通過對運河水中重金屬元素含量的檢測及分析，發現并未出現含量超標狀況，說明運河水質在此三段并未遭到重金屬污染。

從圖1中可以看出Al元素在通州運河區域含量較其他兩個地區偏高。根據實際調查走訪，發現取樣周邊滄州有三家鋁業公司，而通州有五家，天津則沒有。因此，這可能與通州地區Al元素含量明顯高于其他兩地有一定關系。如今采礦、冶煉、化工、制藥等排放的含鋁廢水、廢渣，使得鋁廣泛存在于空氣、食物和各種水源中。不過此次所測得Al元素的含量并未超出飲用水標準（依據GB 5749-2006《中華人民共和國生活飲用水衛生標準》），所以針對運河水中的Al元素無須作具體處理措施。

2.3 土樣實驗結果分析

從圖2可以看出滄州、天津、通州的土壤中釩元素含量很高，在滄州、天津、通州運河區附近都有化工廠的存在，可能是導致水土中釩元素含量較高的因素之一;Cu元素作為一種重金屬元素，但卻是保持農作物和畜禽健康成長必須的微量營養元素。三地中Cu元素含量均比標準物質高，尤其是運河滄州段，但是依據GB 15618-1995《土壤環境質量標準》，三地的Cu元素含量均達到了二級標準，并未超標。通過查閱相關標準（GB 15618-1995《土壤環境質量標準》），發現三地的Zn元素含量都在限定值內，其中運河滄州段土壤Zn含量達到二級標準，通州和天津段均達到了一級標準，這兩元素含量值反而有效支持了運河生態理念的建設。

在對土壤中已檢測的多種元素的綜合分析中，結合GB 15618-1995《土壤環境質量標準》發現運河滄州段的土壤環境質量達到了三級標準，而天津和通州段的土壤環境質量均達到了二級標準。

3.4 水土元素含量相關性分析

將上述結果在Excel表格中整理并使用SPSS 20.0計算之后得到大運河京津冀地區不同元素水土中的含量相關性如下表3、表4所示。

在對水樣與土樣元素含量相關性分析過程中，可以明顯發現微量元素相較于必需重金屬元素來說元素含量相關性較強、元素顯著相關數量較多。

分析發現運河滄州段的K、Na元素，在運河兩岸土中與其他兩地相比含量較低，但在運河水中含量卻是其他兩地的幾倍之多，相關系數為-0718和-0832，負相關程度較強。該情況的產生可能與運河兩岸坡度、降水強度、不同地表狀況等有關，據實地調查，滄州段運河兩岸坡度較緩，兩岸地表狀況多為裸地，而Na在這種環境下的流失量是最大的，所以可能導致了這種特例的出現。

3 結論

本實驗借助原子發射光譜法的手段，對大運河京津冀三個地區幾處典型位置的土樣和水樣中的多種微量元素含量進行了測定，并對實驗結果進行了不同地區間和同一地區不同樣品及元素間的分析，得出京津冀大運河所觀測取樣的三段并未存在重金屬污染情況，但各地區的少量元素含量可能存在超標風險，廢物排放含量仍需進行有效監控。進而對大運河京津冀地區水土中元素進行綜合元素相關性分析，發現大運河滄州段存在水土流失的情況，對于從不同角度了解大運河京津冀地區的生態環境質量改善提供了一些數據資料。

參考文獻

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